1,、車載儲氫技術(shù)多元化,，高壓氣態(tài)儲氫是主流路徑 

1.1、車載儲氫技術(shù)是燃料電池重點突破環(huán)節(jié)

氫能的使用主要包括氫的生產(chǎn),、儲存和運(yùn)輸,、應(yīng)用等方面，而決定氫能應(yīng)用 關(guān)鍵的是安全的氫能儲運(yùn)技術(shù)。氫燃料電池車需要滿足,、安全,、低 成本等要求。氫氣儲存技術(shù)滯后限制了氫能源在各類交通工具上大規(guī)模應(yīng)用,， 車載儲氫技術(shù)的改進(jìn)是未來氫燃料電池車發(fā)展的重點突破環(huán)節(jié),。 

為了達(dá)到性能要求，眾多研究機(jī)構(gòu)對車載儲氫技術(shù)提出了新標(biāo)準(zhǔn),，其中美國 能源部(DOE)公布的標(biāo)準(zhǔn)ju性——質(zhì)量儲氫密度為 7.5%,，體積儲 氫密度為 70 g/L，操作溫度為 40~60 °C,。 

目前,，氫燃料電池車車載儲氫技術(shù)主要包括高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫,、 高壓低溫液態(tài)儲氫,、金屬氫化物儲氫及有機(jī)液體儲氫等。35MPa 氣態(tài)儲氫主 要應(yīng)用于商用車,，如城市公交車,、物流車、團(tuán)體班車;70MPa 氣態(tài)儲氫應(yīng)用 于乘用車;液態(tài)儲氫主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,，民用推廣需要技術(shù)突破,。

(1)從技術(shù)成熟方面分析，高壓氣態(tài)儲氫成熟,、成本低，是現(xiàn)階段主 要應(yīng)用的儲氫技術(shù),，在行駛里程,、行駛速度及加注時間等方面均能與柴汽油 車相媲美，但如果對氫燃料電池汽車有更高要求時,，該技術(shù)不適用; 

(2)從質(zhì)量儲氫密度分析,，液態(tài)儲氫、有機(jī)液體儲氫的質(zhì)量儲氫密度高,， 能達(dá)到 DOE的標(biāo)準(zhǔn),，但兩種技術(shù)均存在成本高等問題，且操作,、安全性等 較之氣態(tài)儲氫要差; 

(3)從成本方面分析,，液態(tài)儲氫、金屬氫化物儲氫及有機(jī)液體儲氫成本均 較高,，目前不適合推廣,。 

1.2、高壓氣態(tài)車載儲氫已達(dá)可使用狀態(tài) 

高壓氣態(tài)儲氫是一種常見、應(yīng)用廣泛的儲氫方式,，其利用氣瓶作為儲存 容器,，通過高壓壓縮方式儲存氣態(tài)氫。其優(yōu)點是成本低,、能耗相對小,，可以 通過減壓閥調(diào)節(jié)氫氣釋放速度，充放氣速度快,，動態(tài)響應(yīng)好,，能在瞬間開關(guān) 氫氣。 

主流技術(shù)以鋁合金/塑料作為氫瓶內(nèi)膽用于保溫,，外層則用 3 公分左右厚 度的碳纖維進(jìn)行包覆,，提升氫瓶的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并盡可能減輕整體質(zhì)量。氫瓶閥 門處利用細(xì)長的管道將幾組氫瓶進(jìn)行串聯(lián),，并加裝溫度傳感器等監(jiān)控設(shè)備,。安全性方面，當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到外界溫度遠(yuǎn)高于正常溫度時(一般超過100°C 時),，會自動打開閥門快速釋放瓶內(nèi)所有氣體,。 

根據(jù)應(yīng)用方式的不同，高壓氣態(tài)儲氫分為車用高壓氣態(tài)儲氫和固定式高壓氣 態(tài)儲氫,。 

(1)車用高壓氣態(tài)儲氫 

車用高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用于車載系統(tǒng),，大多使用金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣 瓶(III 型)和塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(IV 型)。當(dāng)前國內(nèi)車載系統(tǒng)中主 要以 III 型瓶為主,，國內(nèi)有科泰克,、北京天海、沈陽斯林達(dá),、中材,、富瑞特裝 等多家車用氫瓶生產(chǎn)企業(yè)。 

我國已經(jīng)完成能夠適用于 35MPa 和 70MPa 的高壓儲氫瓶的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) GB/T 35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》,，于2017 年 1 2 月 29 日發(fā)布,，2018 年 7 月 1 日開始實施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內(nèi) 膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù),、技術(shù)要求,、試驗方法、檢驗規(guī)則,、標(biāo)注,、 包裝運(yùn)輸和存儲等要求，保障了高壓儲氫氣瓶的安全性,。

車載氫系統(tǒng)是燃料電池汽車的重要部件,，由儲氫瓶及輔助系統(tǒng)(BOP)兩部 分組成,。隨著生產(chǎn)量的擴(kuò)大，單位成本將在規(guī)模優(yōu)勢下逐步下降,。從表2 中 可以發(fā)現(xiàn): 

1) 儲氫瓶成本結(jié)構(gòu)中,，濕法纏繞(碳纖維外層覆蓋)占比接近 90%; 

2) 輔助系統(tǒng)成本結(jié)構(gòu)中，組裝費用占比極低; 

3) 如果生產(chǎn)規(guī)模由 1 萬套/年提升至 50 萬套/年,，車載氫系統(tǒng)總成本將下降 38%,，其中儲氫瓶與輔助系統(tǒng)成本下降幅度分別為 20%/64%;碳纖維 成本占比由 45%上升至 62%，成為影響大的成本要素; 

金屬內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(III 型):以 6061 鋁合金為內(nèi)膽外面全纏 繞碳纖維,，我國已開發(fā) 35MPa 和 70MPa,。其中 35MPa 已被廣泛用于 氫燃料電池汽車，70MPa 正逐步推廣,。沈陽斯林達(dá)“70MPa 高壓氣態(tài) 儲氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目獲得了國家教育部科技進(jìn)步一等獎,。 

塑料內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶(IV 型):以塑料內(nèi)膽外面全纏繞碳纖維， 國外乘用車以該類型為主,，如日本豐田,、挪威 Hexagon。 

(2)固定式高壓氣態(tài)儲氫 

固定式高壓氣態(tài)儲氫主要應(yīng)用在固定場所,，如制氫廠,、加氫站以及其他需要 儲存高壓氫氣的地方。目前主要使用大直徑儲氫長管和鋼帶錯繞式儲氫罐來 儲氫,。 

l大直徑儲氫長管:石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司 2002 年在國內(nèi) 研制成功 20/25MPa 大容積儲氫長管,，并應(yīng)用于大規(guī)模氫氣運(yùn)輸。長管 氣瓶材料為鉻鉬鋼 4130X,，強(qiáng)度高,，具有良好的抗氫脆能力。 

l鋼帶錯繞式儲氫罐:鋼帶錯繞式儲氫罐目前有 45Mpa 和 98Mpa 兩種型 號,，如浙大與巨化集團(tuán)制造生產(chǎn)的兩臺國內(nèi)高壓力等級 98MPa 立式 高壓儲罐,，安裝在江蘇常熟豐田加氫站中。 

目前單座加氫站投資規(guī)模(不包括土地)約 1500 萬人民幣,，固定投資主要 包括壓縮機(jī)、儲氣罐,、分配器,、預(yù)冷器等設(shè)備及安裝費用，占比分別為13% /18%/13%/7%/20%,。隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大,，在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的影響下，壓縮機(jī),、 儲氣罐單位成本下降幅度較大,。根據(jù) Ahmad Mayyas 在論文《Manufacturi ng competitiveness analysis for hydrogen refueling stations》測算數(shù)據(jù)， 如果需求量每年由 10 家增長至 100 家，那么單位壓縮機(jī),、儲氣罐價格將由 14.5/32 萬美元下降至 4.6/17.6 萬美元.

1.3,、其他車載儲氫方式尚不成熟 

1.3.1、有機(jī)液體儲氫 

有機(jī)液體儲氫技術(shù)借助某些烯烴,、炔烴或芳香烴等儲氫劑和氫氣產(chǎn)生可逆反 應(yīng)實現(xiàn)加氫和脫氫,。與常見的高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫,、固體儲氫材料 儲氫相比,，有機(jī)液體儲氫具有以下特點: 

1) 反應(yīng)過程可逆，儲氫密度高;

2) 氫載體儲運(yùn)安全方便,，適合長距離運(yùn)輸;

3) 可利用現(xiàn)有汽油輸送管道,、加油站等基礎(chǔ)設(shè)施。 

有機(jī)液體儲氫關(guān)鍵在于選擇合適的儲氫介質(zhì),。目前研究中主要采用的儲氫介 質(zhì)包括環(huán)乙烷,、乙基咔唑等。環(huán)己烷利用苯-氫-環(huán)己烷可逆化學(xué)反應(yīng)來實現(xiàn) 儲氫,，具有較高的儲氫能力,，在常溫下為液態(tài)，脫氫產(chǎn)物苯在常溫常壓下也 是液態(tài),，方便運(yùn)輸,。甲基環(huán)己烷脫氫產(chǎn)生氫氣和甲苯，且甲基環(huán)己烷和甲苯 在常溫常壓下都是液體,，因此,，甲基環(huán)己烷也是比較理想的儲氫載體。 

液體有機(jī)儲氫材料大的特點就是常溫下為液態(tài),，能夠方便地運(yùn)輸和儲存,。武漢氫陽研發(fā)了一種稠雜環(huán)有機(jī)分子作為有機(jī)液體儲氫材料，儲氫高達(dá) 58g/L,，并可在常溫常壓下利用管道,、槽罐車等運(yùn)輸。該有機(jī)液體儲氫材料 已經(jīng)投入應(yīng)用,。其推出的新型有機(jī)液態(tài)儲氫材料安全指標(biāo)遠(yuǎn)高于汽油,、柴油 等傳統(tǒng)能源。 

1.3.2,、低溫液態(tài)儲氫 

低溫液態(tài)儲氫技術(shù)是將氫氣壓縮后冷卻到-252 °C以下,，使之液化并存放在 絕熱真空儲存器中。與高壓氣態(tài)儲氫相比,，低溫液態(tài)儲氫的質(zhì)量和體積的儲 氫密度都有大幅度提高,，通常低溫液態(tài)儲氫密度可以達(dá)到 5.7%,。僅從質(zhì)量 和體積儲氫密度分析，運(yùn)輸能力是高壓氣態(tài)氫氣運(yùn)輸?shù)氖兑陨稀?/span>

在歐美日等國家,，液氫應(yīng)用相對比較成熟,，在運(yùn)輸、加氫站和車載中都有應(yīng) 用,。我國液氫目前主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域,，以及少數(shù)的電子行業(yè)。航天 101 所 在液氫的制備,、儲運(yùn),、應(yīng)用上都有成熟的經(jīng)驗。相關(guān)部門正在研究制定液氫 民用標(biāo)準(zhǔn),，車用液氫技術(shù)研究正在進(jìn)行中,，未來液氫將應(yīng)用在一些長途、重 型商用車,，以及加氫站中,。 

1.3.3、金屬氫化物儲氫 

金屬氫化物儲氫適用于對重量不敏感領(lǐng)域,，該技術(shù)利用過渡金屬或稀土材料 與氫反應(yīng),，以金屬氫化物形式吸附氫，然后加熱氫化物釋放氫,。當(dāng)金屬單質(zhì) 作為儲氫材料時,，能獲得較高的質(zhì)量儲氫密度，但釋放氫氣的溫度高,，一般 超過 300 °C,。為了降低反應(yīng)溫度，目前主要使用 LaNi5 ,、Ml0.8 Ca0.2 Ni5 ,、 Mg2Ni、Ti0.5V0.5Mn,、FeTi,、Mg2Ni 等 AB5 、A2B,、AB 型合金,，合金儲氫 材料的操作溫度均偏低，質(zhì)量儲氫密度為 1%~4.5%,。 

由于儲氫合金具有安全,、無污染、可重復(fù)利用等優(yōu)點，已在燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)汽車、 潛艇,、小型儲氫器及燃料電池車中開發(fā)應(yīng)用。浙江大學(xué)成功開發(fā)了燃用氫- 汽油混合燃料城市節(jié)能公共汽車，其使用的是 Ml0.8Ca0.2Ni5 合金儲氫材料,， 在汽油中摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 4.5%的氫，使內(nèi)燃機(jī)效率提高14%,，節(jié)約汽油 30%,。日本豐田汽車公司采用儲氫合金提供氫的方式，汽車時速高達(dá)150 km/h,，行駛距離超過 300 公里,。 

雖然金屬氫化物儲氫在車上已有應(yīng)用，但與2017 年 DOE 制定的儲氫密度標(biāo) 準(zhǔn)相比,，差距仍較大,。將其發(fā)展成為商業(yè)車載儲氫還需進(jìn)一步提高質(zhì)量儲氫 密度，降低分解氫的溫度與壓力,，延長使用壽命等,。 

2、高壓氣態(tài)儲氫應(yīng)用依賴于車載氫瓶技術(shù) 

2.1,、我國氣瓶制造技術(shù)與存在一定差距 

當(dāng)前階段上述各種儲氫技術(shù)均已經(jīng)在車載中應(yīng)用,，我國與世界xian進(jìn)國家相比 仍然存在一定差距: 

(1) 國內(nèi) IV 型瓶研發(fā)滯后。國外乘用車已經(jīng)開始使用質(zhì)量更輕,、成本更 低,、質(zhì)量儲氫密度更高的 IV 型瓶，而中國 IV 型瓶還處于研發(fā)階段,，成熟 產(chǎn)品只有 35 MPa 和 70 MPa III 型瓶,，其中 70MPa III 型瓶在乘用車樣車上 應(yīng)用。 

(2)碳纖維依賴進(jìn)口,。中國制造的 III 型瓶的主要原材料為碳纖維,，由于研 發(fā)起步晚、原材料性能差等原因,，國產(chǎn)碳纖維還不能滿足車用儲氫瓶的要求,， 主要依賴進(jìn)口。 

(3)液氫儲罐汽車應(yīng)用發(fā)展緩慢,。國外液氫儲罐已在汽車上應(yīng)用,，而中國 還未實現(xiàn)。通用汽車,、福特汽車,、寶馬汽車等都推出了使用車載液氫儲罐供 氫的概念車，而中國可以自行生產(chǎn)液氫,，但尚未將其應(yīng)用于車載氫系統(tǒng),。

儲氫氣瓶發(fā)展已有 50 多年的歷史,，從鋼瓶到全復(fù)合材料氣瓶的研制成功， 實現(xiàn)了向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理,、質(zhì)量輕的巨大轉(zhuǎn)變,。近年來，70MPa 儲氫復(fù)合材料 氣瓶已經(jīng)進(jìn)入示范使用階段,。國外從事復(fù)合材料氫氣瓶研發(fā)與生產(chǎn)代表性企 業(yè)和科研機(jī)構(gòu)有美國 Quantum 公司,、美國通用汽車、美國 Impco 公司,、加 拿大 Dynetek 公司,、法國空氣化工產(chǎn)品公司、日本汽車研究所和日本豐田公 司等,。 

2.2,、國內(nèi)以 III 型氣瓶為主，未來需向 IV 型過渡 

復(fù)合材料儲氫氣瓶由內(nèi)至外包括內(nèi)襯材料,、過渡層,、纖維纏繞層、外保護(hù)層,、 緩沖層,。 

(1)國內(nèi)內(nèi)襯材料多選用鋁合金。儲氫氣瓶進(jìn)行充氣的周期可能較長,，而 氫氣在高壓下又具有很強(qiáng)的滲透性,，所以氫氣儲罐內(nèi)襯材料要有良好的阻隔 功能，以保證大部分的氣體能夠儲存于容器中,。因此氣瓶內(nèi)膽多選用鋁合金 材料,，這是由于其與氫氣良好的相容性和抗腐蝕性能。鋁合金材料的低密度,、 高比強(qiáng)度能夠在保障強(qiáng)度的前提下使氣瓶更加輕便,。鋁合金材料還擁有很好 的導(dǎo)熱性能，在遇到意外事故發(fā)生燃燒時通過將熱量傳遞到閥門的易熔合金 塞處,，在高熱條件下使其熔化安全泄壓防止爆炸,。 

(2)纖維纏繞層選用碳纖維作為增強(qiáng)材料。高強(qiáng)度,、高模量的碳纖維材料 通過纏繞成型技術(shù)而制備的復(fù)合材料氣瓶不僅結(jié)構(gòu)合理,、重量輕，而且良好 的工藝性和可設(shè)計性在儲氫氣瓶制備上具有廣闊的應(yīng)用空間,。氣瓶長期在充 氣放氣條件下使用,，內(nèi)膽會產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著氣瓶的使用裂紋會不斷擴(kuò)大， 導(dǎo)致氣瓶的失效形式表現(xiàn)為“未爆先漏”,。 

車用氣瓶共分為四種類型:全金屬氣瓶(I 型),、金屬內(nèi)膽纖維環(huán)向纏繞氣瓶(II 型)、金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(III 型),、非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶(IV 型)。I 型和 II 型氣瓶重容比較大,，難以滿足單位質(zhì)量儲氫密度要求,，用于車載供 氫系統(tǒng)并不理想。采用金屬內(nèi)膽的 III 型氣瓶為我國在高壓氫氣瓶領(lǐng)域的主要 研究方向,。 

目前我國已經(jīng)實施能夠適用于 35MPa 和 70MPa 的高壓儲氫瓶的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》,。根據(jù)標(biāo) 準(zhǔn) 70MPaIII型瓶可經(jīng)過檢測試驗安全后上車運(yùn)行，而對于 70MPa IV 型瓶法 規(guī)標(biāo)準(zhǔn)尚未做出明確規(guī)定,。 

國內(nèi)企業(yè)采用 III 型(金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶)儲氫密度為 3.9%,，而 IV 型(非金屬內(nèi)膽纖維全纏繞氣瓶)的儲氫密度可以達(dá)到 5.5%。通過相同外 徑,、容積和壓力(70MPa)的 III 型與 IV 型氫氣瓶進(jìn)行比較可以清楚發(fā)現(xiàn),， IV 型具有低成本、小重容,、輕量化的優(yōu)勢,。 

2.3、國內(nèi)以 35MPa 氣態(tài)氫為主,，未來需向 70MPa 過渡 

同等體積下,，壓力越大儲氫量越高，車輛行駛里程就更遠(yuǎn),。現(xiàn)階段國內(nèi)主流 氫燃料電池汽車使用的都是 35MPa 氣態(tài)氫,，歐、美,、日國家則是以 70MPa 為主,。國內(nèi)在 35 MPa III 型瓶有成熟產(chǎn)品，但是 35 MPa 氣瓶的續(xù)航里程上 對比純電動車沒有優(yōu)勢,，必須采用 70MPa III 型在燃料電池乘用車上才有續(xù) 航里程的優(yōu)勢,，但是 70MPa III 型瓶國內(nèi)僅有個別廠家具有成熟產(chǎn)品。 

未來國內(nèi)氫燃料電池汽車市場也將會升級使用70MPa 壓力的氣態(tài)氫,，關(guān)鍵 還在于成本,。根據(jù)美國能源局(DOE)研究數(shù)據(jù)，自 2005 年以來長管拖車 儲運(yùn)成本下降幅度大,，35MPa 由 2005 年的 5.26$/kg H2 下降到 2015 年 的 2.69$/kg H2,，但同期與 70MPa 相比成本高出 10%左右。2020 年美國能 源局提出 70MPa 儲運(yùn)成本下降到 2$/kg H2 的目標(biāo),。 

3,、碳纖維是制造儲氫瓶的核心材料 

3.1,、儲氫瓶等壓力容器是碳纖維主要下游需求之一 

我國對碳纖維相關(guān)研究始于 20 世紀(jì) 60 年代，與*企業(yè)存在較大差距,， 主要體現(xiàn)在原絲自主創(chuàng)新不足,、質(zhì)量可控性低、生產(chǎn)設(shè)備與工藝需完善等方 面,。盡管國產(chǎn)碳纖維單絲性能良好,，但其絲束均一性難以保證，實際應(yīng)用時 會出現(xiàn)毛絲多,、斷絲嚴(yán)重,、與樹脂浸潤性差、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題,。近年來,， T700/T800 級國產(chǎn)碳纖維研究與工程化取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但國產(chǎn)碳纖 維要廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料氣瓶行業(yè),，在纏繞工藝性及復(fù)合材料中強(qiáng)度轉(zhuǎn)化率 等方面還需要進(jìn)一步研究與改進(jìn),。 

碳纖維是由有機(jī)纖維在高溫環(huán)境下裂解碳化形成碳主鏈機(jī)構(gòu)的無機(jī)纖維，是 一種含碳量高于 90%的無機(jī)纖維,。按照原絲種類分類:碳纖維的原絲主要 有聚丙烯腈(PAN)原絲,、瀝青纖維和粘膠絲，由這三大類原絲生產(chǎn)出的碳 纖維分別稱為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維,、瀝青基碳纖維和粘膠基碳纖維,。其中，聚丙烯腈(PAN)基碳纖維占據(jù)主流地位,，2018 年產(chǎn)量占碳纖維總 量的 90%以上,，粘膠基碳纖維還不足 1%。 

碳纖維不僅具有高強(qiáng)度(強(qiáng)度比密度)及高比剛度(模量比密度)性能,，還 具有耐腐蝕,、耐疲勞等特性，廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)以及高性能民用領(lǐng)域,。2018 年碳纖維需求 9.26 萬噸,，其中航空航天、風(fēng)電葉片,、體育休閑占比居 前,，分別為 23%/23%15%。壓力容器的碳纖維需求為 6200 噸,，占比 7%,。 

壓力容器，尤其是燃料電池所需的氫氣瓶是未來的熱點。日本氫能源,、氫經(jīng) 濟(jì),，極大地刺激了國內(nèi)市場。為了推廣氫燃料汽車,，豐田公司開放了所有相 關(guān)的專li,，其目的是形成一個新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 

氫氣瓶的核心技術(shù),，除了金屬閥門及各類傳感器之外,，主要是外層、低 成本碳纖維及纏繞成型,。氫氣瓶的外層纏繞，會對碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)生 革命性影響,。若未來燃料電池車大規(guī)模推廣,，將極大提升碳纖維需求。汽車 公司對碳纖維及復(fù)合材料工藝的成本控制將更加嚴(yán)苛,，這將促進(jìn)碳纖維低成 本制備技術(shù)的進(jìn)步,。其次是成型效率問題，現(xiàn)有的濕法纏繞設(shè)備,，需要在材 料形態(tài)與效率上進(jìn)行革命性的創(chuàng)新,，才能滿足批量氫氣瓶的需求。 

完整的碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈包含從一次能源到終端應(yīng)用的完整制造過程,。從石油,、 煤炭、天然氣均可以得到丙烯,，丙烯經(jīng)氨氧化后得到丙烯腈,，丙烯腈聚合和 紡絲之后得到聚丙烯腈(PAN)原絲，再經(jīng)過預(yù)氧化,、低溫和高溫碳化后得 到碳纖維,，并可制成碳纖維織物和碳纖維預(yù)浸料，作為生產(chǎn)碳纖維復(fù)合材料 的原材料;碳纖維經(jīng)與樹脂,、陶瓷等材料結(jié)合,，形成碳纖維復(fù)合材料，后 由各種成型工藝得到下游應(yīng)用需要的終產(chǎn)品,。 

碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游和下游,。上游通常是指生產(chǎn)碳纖維的材料; 下游通常是指生產(chǎn)碳纖維應(yīng)用部件的產(chǎn)品。碳纖維產(chǎn)業(yè)鏈上游屬于石油化工 行業(yè),，主要通過原油煉制,、裂解、氨氧化等工序獲得丙烯腈。碳纖維企業(yè)通 過對以丙烯腈為主的原材料進(jìn)行聚合反應(yīng)生成聚丙烯腈,，再以其紡絲獲得聚 丙烯腈原絲,，對原絲進(jìn)行預(yù)氧化、碳化等工藝制得碳纖維,，通過對碳纖維和 高質(zhì)量樹脂加工以獲得碳纖維復(fù)合材料從而滿足應(yīng)用需求,。

3.2、碳纖維制造產(chǎn)業(yè)被美,、日壟斷 

碳纖維行業(yè)發(fā)展空間巨大,，與其他制造業(yè)相比具有如下特點:

(1)碳纖維行業(yè)屬于資本和技術(shù)密集型行業(yè)，行業(yè)壁壘高,。碳纖維屬于高 技術(shù)密集型產(chǎn)品,，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、研發(fā)周期長,、資金投入大,，行業(yè)壁壘高。 

(2)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展,，潛在市場逐步成熟,。碳纖維下游應(yīng)用技術(shù)開發(fā)難 度較高，碳纖維與樹脂,、上漿劑等材料之間工藝參數(shù)必須系統(tǒng)配合,，復(fù)合材 料設(shè)計與成型需要一體化，下游領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)需要較長的研發(fā)過程,。加之 研發(fā)投入大,、生產(chǎn)成本高，導(dǎo)致碳纖維應(yīng)用范圍長期局限在航空航天和 民用領(lǐng)域,。 

(3)日本及歐美領(lǐng)xian企業(yè)壟斷市場,。由于碳纖維生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜、 研發(fā)投入巨大,、研發(fā)周期較長,，使得上真正具有研發(fā)和生產(chǎn)能力的碳纖 維公司。美國注重原始創(chuàng)新,，日本擅長精細(xì)化生產(chǎn),，在碳纖維產(chǎn)業(yè) 發(fā)展中各具優(yōu)勢。日本東麗,、美國赫克塞爾壟斷航空航天高性能碳纖維市場,。 

(4)市場和政府在行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。碳纖維與國防工業(yè)密不可分,， 市場和政府在行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮重要作用,。美國和日本采取以市場為主的模式,， 主要依靠大企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)，同時供應(yīng)民用和國防應(yīng)用領(lǐng)域,。

拉伸強(qiáng)度和拉伸模量是衡量碳纖維性能的兩大重要指標(biāo),。我國已于2011 年 頒布了《聚丙烯腈(PAN)基碳纖維國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T26752-2011)》，由 于日本東麗在碳纖維行業(yè)具有領(lǐng)xian優(yōu)勢,，國內(nèi)一般采用日本東麗標(biāo) 準(zhǔn)進(jìn)行分類,。國內(nèi)部分碳纖維企業(yè)基本實現(xiàn) T700 級、T800 級碳纖維技術(shù) 突破,，但穩(wěn)定性,、產(chǎn)品離散度等指標(biāo)與國外優(yōu)勢企業(yè)相比存在一定差距。T800 作為碳纖維復(fù)合材料主要用于飛機(jī),、汽車制造以及壓力容器等領(lǐng)域,。全 球?qū)崿F(xiàn) T1000 級和 T1100 級碳纖維工業(yè)化生產(chǎn)和市場銷售的企業(yè)只有日本 東麗(TORAY)和美國赫克塞爾(HEXCEL)。 

從碳纖維市場的份額劃分看,，碳纖維市場依然為日,、美企業(yè)所壟斷。日本是全qiu大的碳纖維生產(chǎn)國,，世界碳纖維技術(shù)主要掌握在日本公司手中,， 其生產(chǎn)的碳纖維無論質(zhì)量還是數(shù)量上均處于世界領(lǐng)xian地位,。日本代表企業(yè)包 

括日本東麗,、日本東邦和日本三菱麗陽等，其他地區(qū)的主要廠商包括美國的 赫克塞爾,、卓爾泰克以及德國的西格里等,。根據(jù) CCeV 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，日本 東麗是唯yi碳纖維產(chǎn)能超過 2 萬噸的企業(yè),，長期為波音公司和空中客車 公司主要的穩(wěn)定供貨商,。

根據(jù)模量可以分為 4 大類碳纖維品種，包括標(biāo)模(小絲束),、標(biāo)模(大絲束),、 中模量、大模量,。其中后兩種碳纖維主要應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域,，2018 年中 模量 1.69 萬噸及高模量 0.12 萬噸的需求中，有 95%以上來自波音,、空客等 航天公司,。從產(chǎn)業(yè)角度來看，標(biāo)模大絲束(俗稱 T300 級別大絲束),，生產(chǎn) 難度大于標(biāo)模小絲束(俗稱 T800 級別小絲束),。 

在小絲束碳纖維市場上,，日本企業(yè)的*占到產(chǎn)能的49%;在大絲束碳纖維市場上，美國企業(yè)的*占到產(chǎn)能的 89%,。

3.3,、我國碳纖維對外依存度超過 70%，產(chǎn)能集中度逐步 提高 

2018年中國碳纖維的總需求 31000 噸同比增長 32%,，其中進(jìn)口 22000 噸國 產(chǎn) 9000 噸,，對外依存度高達(dá)71%。從歷史數(shù)據(jù)看,，我國碳纖維產(chǎn)業(yè)起步較 晚,，但隨著技術(shù)追趕對外依存度已經(jīng)由 2008 年的 98%下降了 27 個百分點， 進(jìn)口替代趨勢有望持續(xù),。 

2018 年統(tǒng)計全國的理論產(chǎn)能為 26800 噸,，銷量/產(chǎn)能比為 33.6%，同比上年 提升 5.1 個百分點,。2018 年銷量/產(chǎn)能比為 59.8%,，我國整體銷售/產(chǎn)能 比較低，主要原因: 

(1)部分老生產(chǎn)線缺乏運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益而停產(chǎn); (2)部分生產(chǎn)線技術(shù)水平低,，不能長期穩(wěn)定運(yùn)行; 

2018 年,，產(chǎn)業(yè)集中度在加速，8 家千噸級碳纖維企業(yè)的理論產(chǎn)能已經(jīng)占到全 國的 87%,，產(chǎn)業(yè)集中度的趨勢會越來越強(qiáng): 

(1)產(chǎn)能千噸以上:8 家公司,。(2)產(chǎn)能在 500-1000 噸之間:4 家公司(3)產(chǎn)能在 100-500 噸之間:5 家公司(4)產(chǎn)能在 100 噸以下:2 家公司 

4、投資建議 

車載儲氫的大規(guī)模推廣依賴于高壓儲氫瓶及碳纖維,，該細(xì)分領(lǐng)域目前處于發(fā)展初期,，相關(guān)技術(shù)、法規(guī)仍未成熟,。

(1)國內(nèi) 70MPa 高壓儲氫瓶還未真正裝車上路,，領(lǐng)xian企業(yè)正在研發(fā)或已具 備量產(chǎn) 70MPa III 型瓶能力，并開始配合車企展開上車實驗,。這些企業(yè)擁有 多年氣瓶研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗,，同時瞄準(zhǔn)未來氫瓶的廣闊市場; 

(2)碳纖維作為儲氫瓶核心材料之一，技術(shù)被日本,、美國壟斷,。國內(nèi)大多 數(shù)碳纖維企業(yè)所提供產(chǎn)品以中低端碳纖維為主，無法大規(guī)模提供高性能碳纖 維,。隨著碳纖維行業(yè)集中度提升和新生產(chǎn)線投放,，產(chǎn)品研發(fā)能 力將逐步改善。 

我們認(rèn)為,，現(xiàn)階段二級市場的投資機(jī)會將更多地以主題投資的方式呈現(xiàn),，應(yīng) 關(guān)注具有氣瓶研發(fā)經(jīng)驗,、技術(shù)優(yōu)勢的高壓容器公司，以及聚焦碳纖維品 類,、市場率領(lǐng)xian的碳纖維,。